國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人環(huán)境可靠性檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及其設(shè)備配置現(xiàn)狀

楊安坤，馬永紅

（1.重慶德新機(jī)器人檢測(cè)中心有限公司 a.環(huán)境檢測(cè)部；b.工業(yè)機(jī)器人檢測(cè)部，重慶 400714）

0 引言

工業(yè)機(jī)器人被稱(chēng)為“制造業(yè)皇冠上的明珠”［1］?！度驒C(jī)器人報(bào)告 2019》（World Robotics Report 2019）顯示，2018年全球機(jī)器人銷(xiāo)售額再創(chuàng)新高，達(dá)165億美元；全球裝機(jī)量為42.2萬(wàn)臺(tái)，比上年增長(zhǎng)6%。國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（The International Federation of Robotics）預(yù)測(cè)，從 2020年到 2022年，平均每年的增長(zhǎng)率可保持在12%左右［2］。從全球范圍看，工業(yè)制造的智能化和自動(dòng)化程度不斷提高。我國(guó)傳統(tǒng)勞動(dòng)密集型企業(yè)的生產(chǎn)也逐步朝自動(dòng)化、智能化方向轉(zhuǎn)變。2018年，中國(guó)仍然是世界上最大的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)，裝機(jī)量占全球的36%，如圖1所示［2］。

圖1 全球工業(yè)機(jī)器人供應(yīng)的主要市場(chǎng)（2018年）

可靠性是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的基礎(chǔ)。當(dāng)前，工業(yè)機(jī)器人在多種工況下都有應(yīng)用，于是，其工作環(huán)境的可靠性受到越來(lái)越多的重視。對(duì)國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人環(huán)境可靠性進(jìn)行分析，可以為工業(yè)機(jī)器人檢測(cè)認(rèn)證方法和手段的改進(jìn)以及試驗(yàn)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)研制提供參考，最終促進(jìn)國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人環(huán)境可靠性水平的提高。

1 國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀及其環(huán)境可靠性分析

通過(guò)在川渝地區(qū)一些汽車(chē)制造基地和冷鏈物流企業(yè)的調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)，在汽車(chē)生產(chǎn)鍛造車(chē)間的高溫環(huán)境、凍庫(kù)的低溫環(huán)境、噴涂車(chē)間的濕熱環(huán)境、打磨車(chē)間的粉塵環(huán)境、戶(hù)外的水環(huán)境、生產(chǎn)運(yùn)行的機(jī)械環(huán)境（振動(dòng)、沖擊）和周邊的電磁環(huán)境（EMI和EMS）中，工業(yè)機(jī)器人都得到了普遍應(yīng)用?；谶@些工作環(huán)境和機(jī)器人本體運(yùn)輸環(huán)境，在工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)研發(fā)階段，必須加強(qiáng)其環(huán)境可靠性設(shè)計(jì)。

1.1 氣候環(huán)境可靠性

高低溫環(huán)境有可能改變工業(yè)機(jī)器人所有材料的物理性能和尺寸，從而暫時(shí)或永久性地降低機(jī)器性能。例如，工業(yè)機(jī)器人本體上，不同材料的膨脹系數(shù)不同，高低溫環(huán)境有可能造成零部件相互咬死。高溫會(huì)使?jié)櫥瑒ざ茸兊突蛘邼?rùn)滑劑外流，造成連接處潤(rùn)滑能力降低；低溫會(huì)使?jié)櫥瑒ざ仍黾?，造成?rùn)滑劑的潤(rùn)滑作用和流動(dòng)性減弱。高低溫會(huì)造成工業(yè)機(jī)器人的齒輪、密封墊、軸承等零部件變形、相互咬合和失效，引起機(jī)械故障或者使其完整性受到破壞，造成電子器件（電阻器或電容器）的性能改變，電機(jī)或減速器過(guò)熱過(guò)冷，機(jī)器工作壽命縮短，機(jī)器人本體漆面褪色、裂解、產(chǎn)生龜裂紋或材料脆化。濕熱環(huán)境會(huì)對(duì)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)生物理和化學(xué)影響，溫濕度的變化可以導(dǎo)致機(jī)器人本體內(nèi)部產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，造成電氣短路等故障。水和粉塵環(huán)境會(huì)降低機(jī)器人本體的電氣安全性能。

1.2 機(jī)械環(huán)境可靠性

機(jī)械振動(dòng)環(huán)境有可能引起工業(yè)機(jī)器人導(dǎo)線磨損、緊固件松動(dòng)、電氣接觸失效、電氣短路、密封失效、元器件失效、結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋或斷裂、齒輪或軸承磨損等問(wèn)題。機(jī)械沖擊環(huán)境有可能導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人零部件之間的摩擦力增加或減少、絕緣強(qiáng)度降低、絕緣電阻抗下降、控制器電路板出現(xiàn)故障、電氣連接失效，有可能造成永久性機(jī)械變形或損壞，加速本體材料疲勞。

1.3 電磁環(huán)境可靠性

工業(yè)機(jī)器人本體在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的電磁輻射有可能給周?chē)挠秒妰x器或設(shè)備帶來(lái)干擾，外界的電磁環(huán)境也會(huì)引起機(jī)器人本體功能短暫性失效甚至永久性失效。

2 國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人環(huán)境可靠性檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

登陸全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息公共服務(wù)平臺(tái)查詢(xún)工業(yè)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果顯示，截至2019年12月中旬，國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)行）有14個(gè)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（計(jì)劃）25個(gè)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)行）3個(gè)，地方標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)行）3個(gè)，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)行）12個(gè)，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)行）10個(gè)。據(jù)中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“聯(lián)盟”）官方數(shù)據(jù)［3］［4］，截至 2019 年 8 月中旬，聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)行）8個(gè)，聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)（計(jì)劃）24個(gè)。如圖2所示。在各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)中，涉及工業(yè)機(jī)器人環(huán)境可靠性的標(biāo)準(zhǔn)總數(shù)見(jiàn)表1。

圖2 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)別分布狀況

表1 我國(guó)涉及工業(yè)機(jī)器人環(huán)境可靠性的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)（單位：個(gè)）

由圖2和表1可知：工業(yè)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)總數(shù)91個(gè)。在各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)中，涉及工業(yè)機(jī)器人環(huán)境可靠性的標(biāo)準(zhǔn)比例都較大，總數(shù)是32個(gè)，占工業(yè)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)總數(shù)的三分之一以上。由此可見(jiàn)，對(duì)于工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品環(huán)境可靠性的檢測(cè)規(guī)范，無(wú)論是在國(guó)家和行業(yè)層面還是在企業(yè)和團(tuán)體中，都得到了足夠的重視。

3 國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人環(huán)境可靠性檢測(cè)設(shè)備

目前，國(guó)內(nèi)最具權(quán)威性和專(zhuān)業(yè)性的機(jī)器人檢測(cè)機(jī)構(gòu)是國(guó)家發(fā)改委批復(fù)建設(shè)的 “四個(gè)中心＋兩個(gè)平臺(tái)”，即國(guó)家機(jī)器人檢測(cè)與評(píng)定中心（上海、重慶、沈陽(yáng)和廣州各一個(gè)）以及國(guó)家機(jī)器人公共服務(wù)平臺(tái)（北京和蕪湖各一個(gè)）。在這些檢測(cè)中心，均配置了機(jī)器人環(huán)境可靠性檢測(cè)設(shè)施設(shè)備。氣候環(huán)境試驗(yàn)設(shè)施設(shè)備有高低溫箱、濕熱箱、溫度變化試驗(yàn)箱、淋雨房、沙塵箱等（見(jiàn)圖3）；機(jī)械環(huán)境試驗(yàn)設(shè)施設(shè)備有振動(dòng)臺(tái)、沖擊臺(tái)等（見(jiàn)圖4）；電磁環(huán)境試驗(yàn)設(shè)施設(shè)備有暗室、屏蔽室及相關(guān)測(cè)試系統(tǒng)等（見(jiàn)圖5）。

圖3 氣候環(huán)境類(lèi)檢測(cè)設(shè)備

圖4 機(jī)械環(huán)境類(lèi)檢測(cè)設(shè)備

圖5 電磁環(huán)境類(lèi)檢測(cè)設(shè)備

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)是全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)，整機(jī)保有量超過(guò)全球市場(chǎng)的三分之一。工業(yè)機(jī)器人可以在危險(xiǎn)、嚴(yán)酷的環(huán)境下作業(yè)，可以提高生產(chǎn)效率，有著廣泛的用途，因此受到極大的關(guān)注。隨著“中國(guó)制造2025”國(guó)家戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人會(huì)越來(lái)越多。本文從環(huán)境可靠性機(jī)理、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)設(shè)備三個(gè)方面介紹了國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人環(huán)境可靠性檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，以期為國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人環(huán)境可靠性檢測(cè)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究提供參考。